Physik-Nobelpreis: Spitzenforschung zur Quantentechnologie auch in Erlangen
Im Jahr der Quantenforschung werden drei Wissenschaftler aus dieser Disziplin ganz besonders geehrt: Sie erhalten den Nobelpreis für Physik. Die Forscher schufen eine Grundlage für die Entwicklung der nächsten Generation der Quantentechnologie, darunter Quantenkryptografie, Quantencomputer und Quantensensoren. Diese Themen werden auch an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und am Erlanger Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts (MPL) erforscht.
Prof. Dr. Florian Marquardt, Leiter eines Lehrstuhls für Theoretische Physik an der FAU und Direktor am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts erläutert: „Der diesjährige Nobelpreis ging an die Forscher, die den Grundstein für eine der erfolgreichsten Varianten des Quantencomputings legten, die es heute gibt: supraleitende Quantenprozessoren. Die Arbeit von John Clarke, Michel Devoret und John Martinis in den 1980er-Jahren befasste sich mit einer scheinbar einfachen Frage: Was passiert, wenn man einen elektrischen Schaltkreis, im Wesentlichen ein Stück Metall, auf die niedrigstmögliche Temperatur abkühlt? Es war bereits bekannt, dass Metalle bei niedrigen Temperaturen einen elektrischen Widerstand von Null haben können und Strom leiten, ohne Wärme zu erzeugen. Die drei beobachteten jedoch etwas viel Seltsameres: Der gesamte Stromkreis verhält sich wie ein einzelnes Quantenobjekt. Ähnlich wie einzelne Elektronen oder Atome zeigt der Stromkreis Eigenschaften, die für die Quantenphysik typisch sind. Dazu gehörte insbesondere der Tunneleffekt, bei dem ein Objekt zwischen zwei Zuständen wechselt, obwohl zwischen ihnen eine große Barriere besteht. Damals war dies eine Kuriosität. Seitdem hat die technologische Entwicklung große Fortschritte gemacht. Diese bahnbrechenden Experimente führten schließlich zur Erfindung von supraleitenden Qubits.“
Gigantisches Anwendungspotenzial in der Informationstechnik
Und an genau solchen supraleitenden Schaltkreisen arbeitet auch die Forschungsgruppe um Prof. Dr. Christopher Eichler, Leiter eines Lehrstuhls für Experimentalphysik an der FAU. Er sagt: „Wir haben uns alle riesig für die drei diesjährigen Preisträger gefreut. Mit ihren wegweisenden Arbeiten zum quantenmechanischen Tunneleffekt in Supraleitern haben die drei Pioniere den Grundstein für ein ganz neues Forschungsfeld mit gigantischem Anwendungspotential in der Informationstechnik gelegt. Mittlerweile können solche quantenmechanische Tunnelkontakte in immer komplexeren elektrischen Schaltungen verbaut werden. So lässt sich Quanteninformation speichern, initialisieren, verarbeiten und auslesen. Man kann also mit Quanteninformation rechnen. Und alles Dank des quantenmechanischen Tunneleffekts. Wir werden in den kommenden Jahren sicher noch viele spannende Entwicklungen sehen, die auf den Arbeiten von Clarke, Devoret und Martinis aufbauen.“
Im Juni dieses Jahres versammelte das MPL 300 Physiker auf der Insel Helgoland, um 100 Jahre Quantenmechanik zu feiern. Nobelpreisträger Michel Devoret hielt eine der Keynote-Reden und erklärte, wie sich diese kontraintuitiven Quanteneffekte in seinen jüngsten Experimenten mit supraleitenden Quantenschaltungen zeigen.
Quantenphysik in Erlangen erleben
Zur Feier von 100 Jahren Quantenphysik rücken die FAU und das Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts die Quantenforschung in den Mittelpunkt bei der Langen Nacht der Wissenschaften am Samstag, 25. Oktober – an der FAU mit spannenden Vorträgen zu Forschungstrends im Audimax. Das Max-Planck-Institut öffnet seine Labore und gewährt Einblicke in aktuelle Fragen der Quantenforschung.
Zur Langen Nacht der Wissenschaft
Weitere Informationen:
Prof. Dr. Florian Marquart
Lehrstuhl für Theoretische Physik
Tel.: +49 9131 7133400
florian.marquardt@mpl.mpg.de
Prof. Dr. Christopher Eichler
Lehrstuhl für Experimentalphysik
Tel.: +49 9131 85-28371
http://quantum.nat.fau.de